可延展关节的软体外骨骼手指及其制备的研究.pdf

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1、硕士学位论文可延展关节的软体外骨骼手指及其制备的研究RESEARCHONSOFTEXOSKELETONFINGERSOFEXTENSIBLEJOINTSANDPREPARATION韩旭哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TP241.3学校代码：10213国际图书分类号：621.7密级：公开工学硕士学位论文可延展关节的软体外骨骼手指及其制备的研究硕士研究生：韩旭导师：樊绍巍副研究员申请学位：工学硕士学科：机械电子工程所在单位：机电工程学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Cla

2、ssifiedIndex:TP241.3U.D.C:621.7DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONSOFTEXOSKELETONFINGERSOFEXTENSIBLEJOINTSANDPREPARATIONCandidate：HanXuSupervisor：AssociateProf.FanShaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：Mechatroni

3、csEngineeringAffiliation：SchoolofMechatronicsEngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着驱动技术、塑性材料的发展，使得制作软体机器人成为了可能，相较于传统的刚性康复机器人而言，软体康复机器人具有无法替代的优势：软体康复机器人可以实现连续变形，理论上具有无限的自由度，可以很轻松的完成刚

4、性机器人很难甚至无法完成的任务，并且具有和生物体更好的兼容性；软体康复机器人刚度较低，在驱动患者进行康复运动的同时能够跟随患者畸形的运动轨迹运动并提供向预定运动轨迹方向的力，而不是强行使患者按照预定运动轨迹运动。因此将软体机器人将成为康复设备的最佳选择。本文首先对人手指关节运动规律进行了分析，进而提取手指外骨骼手关节的运动模型，据此设计了一种新型的可附着在手指外侧，辅助顺应手指关节运动的软体可延展关节。该关节基于FEAs驱动形式，关节本体为了保证外骨骼手关节处大的延展性，采用优化的波纹管状结构，在保证

5、有效延展的同时，降低了自身在变形过程中的能量消耗，提高了驱动能力，同时在褶皱凸起处内嵌了刚性骨架，使得整个关节变成刚柔偶合体，有效减弱了气动柔性关节的气球效应，提高了关节的刚度。并利用ABAQUS有限元分析软件优化分析了关节的结构，运动角度和驱动能力。其次，基于上述分析，设计了一个三指软体外骨骼手，结合关节的结构设计了刚柔混合情况下的组合式模具及其制备方法。在此基础上搭建了三指软体外骨骼手的气动回路控制系统，用于验证软体外骨骼手的运动能力。并对软体外骨骼关节进行了运动学分析，并在此基础上对软体外骨骼手

6、指进行了运动学分析。最后进行可延展关节及软体外骨骼手的实验验证，构建的验证平台包括空压机、电磁阀，并搭建了气动回路系统。以STM32为控制核心进行了控制电路设计，通过继电器对电磁阀进行控制，使用压力变送器对压力进行测定。分别对关节在有无阻力的情况运动范围测试实验、关节载荷实验、软体外骨骼手的抓持能力实验以及关节负载能力比实验等。关键词：软体机器人；外骨骼手；柔性关节；FEAsI哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofdrivingtechnologyand

7、plasticmaterials,itbecomespossibletobuildsoftrobots.Comparedwithtraditionalrigidrehabilitationrobots,softrehabilitationrobotshaveirreplaceableadvantages:thesoftrehabilitationrobotcanachievecontinuousdeformation,theoreticallyunlimitedThedegreeoffreedomca

8、neasilyaccomplishtasksthataredifficultorevenimpossibleforrigidrobotsandhavebettercompatibilitywithorganisms.Thesoftrehabilitationrobothaslowrigidityandcanfollowthepatient'smalformationwhiledrivingthepatienttoperformrehabilitation